材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)

材料科學(xué)基礎(chǔ)1.1原子間的鍵合

金屬鍵

離子鍵共價(jià)鍵

氫鍵

范氏鍵1.2晶體學(xué)基礎(chǔ)

1.2.1空間點(diǎn)陣與晶胞

1.2.2晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

1、立方晶系中晶系指數(shù)

2、立方晶系中晶面指數(shù)

3、六方晶系中的晶向和晶面指數(shù)

4、晶帶

5、晶面間距

6、晶面夾角（晶向夾角）金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.2.3晶體的對(duì)稱(chēng)性

1.2.4極射投影1.3純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.3.1三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)

1、面心立方結(jié)構(gòu)

2、體心立方結(jié)構(gòu)

3、密排六方結(jié)構(gòu)

1.3.2金屬的多晶型性1.4合金相結(jié)構(gòu)

1.4.1固溶體

1.4.2中間相材料科學(xué)基礎(chǔ)1.1原子間的鍵合金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.2.3晶體當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)原子形成分子或固體時(shí)，它們是依靠什么樣的結(jié)合力聚集在一起？這就是原子間的鍵合問(wèn)題。結(jié)合鍵化學(xué)鍵（主價(jià)鍵）物理鍵（次價(jià)鍵）金屬鍵離子鍵共價(jià)鍵范氏鍵氫鍵1.1原子間的鍵合材料科學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)原子形成分子或固體時(shí)，它們是依靠什么樣的結(jié)合力聚材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)金屬鍵示意圖（黃色代表金屬原子，白色代表自由電子）材料科學(xué)基礎(chǔ)金屬鍵示意圖（黃色代表金屬原子，白色代表自由電子）材料科學(xué)基材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)Cl與Na形成離子鍵材料科學(xué)基礎(chǔ)Cl與Na形成離子鍵材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)圖1.4-5

由共價(jià)鍵方向性特點(diǎn)決定了的SiO2四面體晶體結(jié)構(gòu)圖1.4-4形成共價(jià)鍵的SiO2,藍(lán)色圓圈代表Si的價(jià)電子，紅色圓圈代表O的價(jià)電子材料科學(xué)基礎(chǔ)圖1.4-5由共價(jià)鍵方向性特點(diǎn)圖1.4-4形成共價(jià)鍵的S材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)實(shí)際材料（金屬和陶瓷）中結(jié)合鍵多為混合鍵金屬中主要是金屬鍵，還有其他鍵如：共價(jià)鍵、離子鍵陶瓷化合物中出現(xiàn)離子鍵和金屬鍵的混合一些氣體分子以共價(jià)鍵結(jié)合，而分子凝聚時(shí)依靠范德華力聚合物的長(zhǎng)鏈分子內(nèi)部以共價(jià)鍵結(jié)合，鏈與鏈之間則為范德華力或氫鍵

表：物質(zhì)的鍵能餓熔融溫度材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)際材料（金屬和陶瓷）中結(jié)合鍵多為混合鍵表：物質(zhì)的鍵能餓材料鍵的類(lèi)型結(jié)合能kJ/mol熔點(diǎn)℃MgO離子鍵10002800NaCl離子鍵640800C共價(jià)鍵713>3500SiC共價(jià)鍵12302600Al金屬鍵324660Cu金屬鍵3391083Fe金屬鍵4061538材料科學(xué)基礎(chǔ)材料鍵的類(lèi)型結(jié)合能kJ/mol熔點(diǎn)℃MgO離子鍵材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)空間點(diǎn)陣晶胞材料科學(xué)基礎(chǔ)晶胞從晶格中選取一個(gè)能完全反映晶格特征的基本單元作為點(diǎn)陣的組成單元，這種最小的幾何單元稱(chēng)晶胞?？臻g點(diǎn)陣晶胞大小和形狀表示方法晶胞大小和形狀表示方法為：晶胞的棱邊長(zhǎng)度ａ、ｂ、ｃ（稱(chēng)為點(diǎn)陣常數(shù)、晶格常數(shù)）棱邊的夾角為α、β、γ（稱(chēng)為晶軸間夾角）。選取晶胞的原則：

1、應(yīng)反映出點(diǎn)陣的高度對(duì)稱(chēng)性2、棱和角相等的數(shù)目最多3、棱邊夾角為直角時(shí)，直角數(shù)目最多4、晶胞體積最小材料科學(xué)基礎(chǔ)晶胞大小和形狀表示方法晶胞大小和形狀表示方法為：材料科學(xué)基礎(chǔ)空間點(diǎn)陣類(lèi)型三斜晶系單斜晶系正交晶系四（正）晶系立方晶系六方晶系菱方晶系a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°a＝b≠c，α＝β＝90°，γ=120°a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°a≠b≠c，α＝β＝γ＝90°a≠b≠c，α＝γ＝90°≠βa≠b≠c，α≠β≠γ≠90°a＝b＝c，α＝β＝γ≠90°材料科學(xué)基礎(chǔ)空間點(diǎn)陣類(lèi)型三斜晶系單斜晶系正交晶系四（正）晶系立方晶系六方按照“每個(gè)陣點(diǎn)的周?chē)h(huán)境相同”的要求，布拉菲用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出能夠反映空間點(diǎn)陣全部特征的單位平面六面體只有14種，這14種空間點(diǎn)陣也稱(chēng)為布拉菲點(diǎn)陣。材料科學(xué)基礎(chǔ)空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱(chēng)性，由于各陣點(diǎn)的周?chē)h(huán)境相同，它只能有14種。晶體結(jié)構(gòu)是指晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種類(lèi)型的排列，因此實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無(wú)限的?？臻g點(diǎn)陣晶體結(jié)構(gòu)注意：晶體結(jié)構(gòu)差異很大，而空間點(diǎn)陣可能相同晶體結(jié)構(gòu)相似，而空間點(diǎn)陣可能不同。按照“每個(gè)陣點(diǎn)的周?chē)h(huán)境相同”的要求，布拉菲用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出圖1-10具有相同點(diǎn)陣的晶體結(jié)構(gòu)圖1-10具有相同點(diǎn)陣的晶體結(jié)構(gòu)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)1.2.2晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶面——晶體結(jié)構(gòu)一系列原子所構(gòu)成的平面。晶向——通過(guò)晶體中任意兩個(gè)原子中心連成直線來(lái)表示晶體結(jié)構(gòu)的空間的各個(gè)方向。晶向指數(shù)和晶面指數(shù)是分別表示晶向和晶面的符號(hào)，國(guó)際上用Ｍiller指數(shù)來(lái)統(tǒng)一標(biāo)定。材料科學(xué)基礎(chǔ)1.2.2晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶面——晶體結(jié)構(gòu)一系列原子所1.立方晶系中晶向指數(shù)

確定立方晶系晶向指數(shù)［ｕｖｗ]的步驟如下：1、設(shè)坐標(biāo)2、求坐標(biāo)3、化整數(shù)4、化為最小整數(shù)，列括號(hào)［ｕｖｗ］負(fù)值則在指數(shù)上加一負(fù)號(hào)。材料科學(xué)基礎(chǔ)1.立方晶系中晶向指數(shù)確定立方晶系晶向指數(shù)［ｕｖｗ]的步驟正交晶系中的部分晶向指數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)正交晶系中的部分晶向指數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)

晶向指數(shù)還有如下規(guī)律：（1）某一晶向指數(shù)代表一組在空間相互平行且方向一致的所有晶向。（2）若晶向所指的方向相反，則晶向數(shù)字相同符號(hào)相反。（3）有些晶向在空間位向不同，但晶向原子排列相同，這些晶向可歸為一個(gè)晶向族，用〈ｕｖｗ〉表示。如〈111〉晶向族包括[111]、[T11]、[1T1]、[11T]、[TT1]、[1TT]、[T1T]、[TTT]；〈100〉晶向族包括[100]、[010]、[001]、[T00]、[0T0]、[00T]。（4）同一晶向族中晶向上原子排列因?qū)ΨQ(chēng)關(guān)系而等同。

材料科學(xué)基礎(chǔ)晶向指數(shù)還有如下規(guī)律：材料科學(xué)基礎(chǔ)2.立方晶系中晶面指數(shù)

確定立方晶系晶面指數(shù)［ｕｖｗ]的步驟如下：1、設(shè)坐標(biāo)2、求截距3、取倒數(shù)4、將三個(gè)倒數(shù)化為互質(zhì)的整數(shù)比，并加上圓括號(hào)，即表示該晶面的晶面指數(shù)，記為（hkl)原點(diǎn)設(shè)在待求晶面以外。求晶面在三個(gè)軸上的截距。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.立方晶系中晶面指數(shù)確定立方晶系晶面指數(shù)［ｕｖｗ]的步驟晶面指數(shù)還有如下規(guī)律：

（1）某一晶面指數(shù)代表了在原點(diǎn)同一側(cè)的一組相互平行且無(wú)限大的晶面。

(2)若晶面指數(shù)相同，但正負(fù)符號(hào)相反，則兩晶面是以點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)中心，且相互平行的晶面。如（110）和（TT0）互相平行。

(3)凡晶面間距和晶面上原子分布完全相同，只是空間取向不同的晶面，可歸為同一晶面族，用{hkl}表示。如{100}包括（100）、（010）、（001）、（T00）、（0T0）、（00T）。（4)在立方結(jié)構(gòu)中若晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的指數(shù)和符號(hào)相同，則該晶向與晶面必定是互相垂直。如：[111]⊥（111）、[110]⊥（110）、[100]⊥（100）。材料科學(xué)基礎(chǔ)晶面指數(shù)還有如下規(guī)律：材料科學(xué)基礎(chǔ)3.六方晶系的晶向和晶面指數(shù)

六方晶系的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)同樣可以應(yīng)用上述方法標(biāo)定，但按這種方法標(biāo)定的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)，不能顯示六方晶系的對(duì)稱(chēng)性，同類(lèi)型的晶面和晶向，其指數(shù)卻不相似，看不出它們之間的等同關(guān)系。例如，晶胞的六個(gè)柱面是等價(jià)的，但按照三軸坐標(biāo)系確定的晶面指數(shù)卻分別為（100）、（010）、（T10）、（T00)、（0T0)、（1T0)。為了克服這一缺點(diǎn)，通常采用另一專(zhuān)用于六方晶系的指數(shù)。材料科學(xué)基礎(chǔ)3.六方晶系的晶向和晶面指數(shù)六方晶系的晶向指數(shù)和晶面

確定步驟和立方晶系一樣，但一般在標(biāo)定六方結(jié)構(gòu)的晶向指數(shù)時(shí)選擇四個(gè)坐標(biāo)軸：a1、a2、a3、c其中a1、a2、a3處于同一底面上，且它們之間夾角為120°、C軸垂直于底面。則有：

晶面指數(shù)（hkil）其中i=-（h+k）

晶向指數(shù)[uvtw]其中t=-（u+v）材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)

六方晶系按兩種晶軸系所得的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)可相互轉(zhuǎn)換。對(duì)晶面指數(shù)而言，從（hkil）轉(zhuǎn)換成（hkl）只要去掉i即可，反之，則加上i=(h+k)。對(duì)晶向指數(shù)而言，[UVW]與[uvtw]之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：材料科學(xué)基礎(chǔ)六方晶系按兩種晶軸系所得的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)可六方晶系的晶向（面）指數(shù)示意圖材料科學(xué)基礎(chǔ)六方晶系的晶向（面）指數(shù)示意圖材料科學(xué)基礎(chǔ)六方晶系的一些晶向（面）指數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)六方晶系的一些晶向（面）指數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)4.晶帶晶帶晶帶定律所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成一個(gè)晶帶，此直線稱(chēng)為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱(chēng)為共帶面。同一晶帶上晶帶軸[uvw]和晶帶面（hkl）之間存在以下關(guān)系：hu+kv+lw=0材料科學(xué)基礎(chǔ)4.晶帶晶帶晶帶定律所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成一個(gè)晶

通過(guò)晶帶定理可以：1、求兩不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2）的晶帶軸。2、求兩個(gè)不平行的晶向[u1v1w1]和[u2v2w2]所決定的晶面。3、判斷某一晶向是否在某個(gè)晶面上。4、判斷幾個(gè)晶面是否屬于同一晶帶。材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)5.晶面間距晶面間距晶面指數(shù)為（hkl）的晶面相鄰兩個(gè)晶面之間距離，用dhkl表示。低指數(shù)的晶面面間距較大，高指數(shù)的則較小。面間距最大的面總是原子密排面。晶面間距越小則晶面上的陣點(diǎn)就越稀疏。材料科學(xué)基礎(chǔ)5.晶面間距晶面間距晶面指數(shù)為（hkl）的晶面相鄰兩個(gè)低

上述晶面間距的計(jì)算公式只適應(yīng)簡(jiǎn)單晶胞。復(fù)雜晶胞由于中心型原子的存在而使晶面層數(shù)增加，應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)上述計(jì)算公式進(jìn)行修正。材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)

6、晶面夾角（晶向夾角）除了晶面間距可以通過(guò)上述方法和公式進(jìn)行計(jì)算外，兩個(gè)晶面之間的夾角，同樣也可以通過(guò)類(lèi)似的幾何關(guān)系推出。對(duì)于立方晶系：對(duì)于正交晶系：材料科學(xué)基礎(chǔ)6、晶面夾角（晶向夾角）材料科7晶體的對(duì)稱(chēng)性

1、對(duì)稱(chēng)元（要）素。晶體的對(duì)稱(chēng)性—晶體中存在著或可分割成若干相同部分，這些部分借助于假想的點(diǎn)、線、面而重復(fù)排列。假想的點(diǎn)、線、面稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)元（要）素。

1).宏觀對(duì)稱(chēng)元素——反映出晶體外形和其宏觀性質(zhì)的對(duì)稱(chēng)性。回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸：當(dāng)晶體饒某一軸回轉(zhuǎn)而能完全復(fù)原時(shí)，此軸即為回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸，在回轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，晶體能復(fù)原幾次就稱(chēng)為幾次對(duì)稱(chēng)軸。晶體中可能存在的對(duì)稱(chēng)軸有1、2、3、4、6共五種。對(duì)稱(chēng)面：如果通過(guò)晶體作一平面，使晶體的各對(duì)應(yīng)點(diǎn)經(jīng)此平面反映后都能重合一致，猶如鏡面反映一樣，則稱(chēng)此平面為對(duì)稱(chēng)面，用

m

表示。

對(duì)稱(chēng)中心：若晶體中的點(diǎn)在經(jīng)過(guò)某一點(diǎn)反演后能復(fù)原，則該點(diǎn)稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)中心，用符號(hào)i表示?；剞D(zhuǎn)—反演軸：若某晶體饒某一軸回轉(zhuǎn)一定角度，再以軸上的一個(gè)中心點(diǎn)作反演之后能復(fù)原時(shí)，此軸稱(chēng)為回轉(zhuǎn)—反演軸。用符號(hào)來(lái)表示。

材料科學(xué)基礎(chǔ)7晶體的對(duì)稱(chēng)性1、對(duì)稱(chēng)元（要）素。材料科學(xué)基礎(chǔ)2).微觀對(duì)稱(chēng)元素滑動(dòng)面：它是由一個(gè)對(duì)稱(chēng)面加上沿著此面的平移所組成，晶體結(jié)構(gòu)可借此面的反映并沿此面平移一定距離而復(fù)原?；瑒?dòng)面的表示符號(hào)如下：如平移a/2，b/2，c/2寫(xiě)作a，b，c；若沿對(duì)角線平移1/2距離，則寫(xiě)作n；若沿面對(duì)角線平移1/4，則寫(xiě)作d。螺旋軸：螺旋軸由回轉(zhuǎn)軸和平行于軸的平移所構(gòu)成。晶體結(jié)構(gòu)可借饒螺旋軸回轉(zhuǎn)360/n角度同時(shí)沿軸平移一定距離而得到重合，此螺旋軸稱(chēng)為n次螺旋軸。有2次（21），3次（31、32），4次（41、42、43），6次（61、62、63、64、65）幾種。2.點(diǎn)群及空間群點(diǎn)群是指一個(gè)晶體中所有點(diǎn)對(duì)稱(chēng)元素的集合，點(diǎn)群在宏觀上表現(xiàn)為晶體外形的對(duì)稱(chēng)。有32種點(diǎn)群。空間群是用以描述晶體中原子組合的所有可能的方式，是通過(guò)宏觀和微觀元素在三維空間的組合而得出，有230種空間群。材料科學(xué)基礎(chǔ)2).微觀對(duì)稱(chēng)元素材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)1.3三種典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)材料科學(xué)基礎(chǔ)

決定晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型的內(nèi)在因素是原子（分子、離子）間結(jié)合鍵的類(lèi)型以及鍵的強(qiáng)弱。金屬晶體的結(jié)合鍵是金屬鍵，由于金屬鍵沒(méi)有方向性，使金屬內(nèi)部的原子趨向于緊密排列，構(gòu)成高度對(duì)稱(chēng)性的簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)。1.3三種典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)材料科學(xué)基礎(chǔ)金屬在固態(tài)下一般都是晶體。決定晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素是原子，離子，分子間鍵合的類(lèi)型及鍵的強(qiáng)弱。金屬晶體是以金屬鍵結(jié)合，由于金屬鍵具有無(wú)飽和性和無(wú)方向性的特點(diǎn)，從而使金屬內(nèi)部的原子趨于緊密排列，構(gòu)成高度對(duì)稱(chēng)性的簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)：

三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)材料科學(xué)基礎(chǔ)密排六方結(jié)構(gòu)A3或hcp六方晶系體心立方結(jié)構(gòu)A2或bcc立方晶系面心立方結(jié)構(gòu)A1或fcc立方晶系金屬在固態(tài)下一般都是晶體。決定晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素是原子，離子對(duì)三種典型的晶體結(jié)構(gòu)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：材料科學(xué)基礎(chǔ)配位數(shù)和致密度原子半徑R(原子的半徑)(和點(diǎn)陣常數(shù)關(guān)系)晶胞中原子數(shù)點(diǎn)陣參數(shù)(晶格常數(shù)和晶軸間夾角)原子的堆垛方式密排方向和密排面晶體結(jié)構(gòu)中間隙(大小和數(shù)量)晶胞中原子的排列方式(原子所處的位置)對(duì)三種典型的晶體結(jié)構(gòu)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：材料科學(xué)基礎(chǔ)配位

三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)剛球模型材料科學(xué)基礎(chǔ)面心（fcc、A1)體心（bcc、A2)(密排六方（hcp、A3)三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)剛球模型材料科學(xué)基礎(chǔ)面心（fcc、A1.面心立方結(jié)構(gòu)(特征）1、晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的面心各有一個(gè)原子。2、晶胞中原子數(shù):n=8×1/8＋6×1/2=4個(gè)3、密排面和密排方向：{111}<110>4、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：5、配位數(shù)與致密度配位數(shù)CN=12

致密度k=0.746、原子堆垛方式：ABCABC……7、間隙：八面體間隙、四面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)1.面心立方結(jié)構(gòu)(特征）1、晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)

面心立方晶格原子位置材料科學(xué)基礎(chǔ)fcc面心立方晶格原子位置材料科學(xué)基礎(chǔ)fcc

面心立方晶格晶胞原子數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)n=8×1/8＋6×1/2=4個(gè)fcc面心立方晶格晶胞原子數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)n=8×1/8＋6×1

面心立方密排面及密排方向材料科學(xué)基礎(chǔ)密排面：{111}密排方向：<110>fcc面心立方密排面及密排方向材料科學(xué)基礎(chǔ)密排面：{111面心立方點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系材料科學(xué)基礎(chǔ)fcc面心立方點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系材料科學(xué)基礎(chǔ)fcc

面心立方原子配位數(shù)及配位數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)配位數(shù)為12致密度f(wàn)cc面心立方原子配位數(shù)及配位數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)配位數(shù)為12f面心立方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序材料科學(xué)基礎(chǔ)ABCABC......fcc面心立方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序材料科學(xué)基礎(chǔ)ABCABC.面心立方八面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)位于晶胞體中心和每個(gè)棱邊的中點(diǎn)，由6個(gè)面心原子所圍成,大小rB=0.414R，rB為間隙半徑，R為原子半徑，間隙數(shù)量為4個(gè)。fcc面心立方八面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)位于晶胞體中心和每個(gè)棱邊的中點(diǎn)面心立方四面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)由一個(gè)頂點(diǎn)原子和三個(gè)面心原子圍成，其大?。簉B=0.225R，間隙數(shù)量為8個(gè)。fcc面心立方四面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)由一個(gè)頂點(diǎn)原子和三個(gè)面心原子圍2.體心立方晶格(特征）1、晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和體心各有一個(gè)原子。2、晶胞中原子數(shù):n=8×1/8＋1=2個(gè)3、密排面和密排方向：{110}<111>4、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：5、配位數(shù)與致密度配位數(shù)CN=8

致密度k=0.686、間隙：八面體間隙、四面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)2.體心立方晶格(特征）1、晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂

體心立方晶格原子位置材料科學(xué)基礎(chǔ)bcc體心立方晶格原子位置材料科學(xué)基礎(chǔ)bcc體心立方晶格晶胞中原子數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)n=8×1/8＋1=2個(gè)bcc體心立方晶格晶胞中原子數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)n=8×1/8＋1=2體心立方晶格密排面及密排方向材料科學(xué)基礎(chǔ)密排面{110}密排方向<111>bcc體心立方晶格密排面及密排方向材料科學(xué)基礎(chǔ)密排面{110}材料科學(xué)基礎(chǔ)體心立方晶格中點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑的關(guān)系bcc材料科學(xué)基礎(chǔ)體心立方晶格中點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑的關(guān)系bcc體心立方結(jié)構(gòu)的配位數(shù)及致密度材料科學(xué)基礎(chǔ)配位數(shù)為8致密度bcc體心立方結(jié)構(gòu)的配位數(shù)及致密度材料科學(xué)基礎(chǔ)配位數(shù)為8bcc體心立方八面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)八面體間隙位于晶胞六面體每個(gè)面的中心和每條棱的中心，由一個(gè)面上四個(gè)角和相鄰兩個(gè)晶胞體心共6個(gè)原子圍成，數(shù)量為6。大小為rB=0.154R(在<100>)或rB=0.633R(在<110>)。bcc體心立方八面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)八面體間隙位于晶胞六面體每個(gè)面材料科學(xué)基礎(chǔ)體心立方四面體間隙四面體間隙由兩個(gè)體心原子和兩個(gè)頂角原子所圍成，大小rB=0.291R,有12個(gè)。bcc材料科學(xué)基礎(chǔ)體心立方四面體間隙四面體間隙由兩個(gè)體心原子和兩個(gè)3.密排六方晶格（特征）材料科學(xué)基礎(chǔ)1、晶胞中原子排列：正六棱柱體12個(gè)頂角和上下底中心各有一個(gè)原子，正六棱柱體中心有三個(gè)原子2、晶胞中原子數(shù):n=12×1/6＋2×1/2+3=6個(gè)3、密排面和密排方向：{0001}<110>4、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：a=2R(c/a=1.633)5、配位數(shù)與致密度配位數(shù)CN=12

致密度k=0.746、原子堆垛方式：ABAB……7、間隙：八面體間隙、四面體間隙3.密排六方晶格（特征）材料科學(xué)基礎(chǔ)1、晶胞中原子排列：正六

密排六方晶格原子位置材料科學(xué)基礎(chǔ)hcp密排六方晶格原子位置材料科學(xué)基礎(chǔ)hcp

密排六方晶格晶胞原子數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)n=12×1/6＋2×1/2+3=6個(gè)hcp密排六方晶格晶胞原子數(shù)材料科學(xué)基礎(chǔ)n=12×1/6＋密排六方晶格密排面及密排方向材料科學(xué)基礎(chǔ)密排面{0001}密排方向<110>hcp密排六方晶格密排面及密排方向材料科學(xué)基礎(chǔ)密排面{0001}密排六方晶格中點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑的關(guān)系材料科學(xué)基礎(chǔ)a=2R(c/a=1.633)hcp密排六方晶格中點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑的關(guān)系材料科學(xué)基礎(chǔ)a=

密排六方晶格原子配位數(shù)及致密度材料科學(xué)基礎(chǔ)配位數(shù)為12致密度hcp密排六方晶格原子配位數(shù)及致密度材料科學(xué)基礎(chǔ)配位數(shù)為12材料科學(xué)基礎(chǔ)密排六方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序ABAB……h(huán)cp材料科學(xué)基礎(chǔ)密排六方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序ABAB……h(huán)密排六方晶格八面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)八面體間隙有6個(gè)，當(dāng)c/a=1.633時(shí)，rB=0.414rAhcp密排六方晶格八面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)八面體間隙有6個(gè)，當(dāng)c/a

密排六方晶格四面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)四面體間隙有12個(gè)，當(dāng)c/a=1.633時(shí)，rB=0.225rAhcp密排六方晶格四面體間隙材料科學(xué)基礎(chǔ)四面體間隙有12個(gè)，1.4.2多晶型性

多晶型性指某些金屬在不同溫度和壓力下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。

多晶型性轉(zhuǎn)變指金屬在外部條件(如T和P)改變時(shí)，其內(nèi)部從一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,又稱(chēng)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。例如純鐵:材料科學(xué)基礎(chǔ)1394°C912°C具有多晶型性的金屬還有Mn、Ti、Sn、Zr等。1.4.2多晶型性多晶型性指某些金屬在不同溫度和壓力下

概述合金：兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉或其它方法制成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金的基本的獨(dú)立的物質(zhì)，組元可以是純金屬、非金屬元素、或化合物相：合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開(kāi)的均勻組成部分。單相合金：由一種相組成的合金多相合金：由幾種不同的相組成的合金

材料科學(xué)基礎(chǔ)1.4合金相結(jié)構(gòu)

概述材料科學(xué)基礎(chǔ)1.材料科學(xué)基礎(chǔ)固溶體中間相固溶體是以某一組元為溶劑，在其晶體點(diǎn)陣中溶人其他組元原子（溶質(zhì)原子）所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，它保持著溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型兩組元AB組成合金時(shí)，除了可形成以A為基或以B為基的固溶體，還可能形成晶體結(jié)構(gòu)與A、B兩組元均不相同的新相。由于它們?cè)诙鄨D上的位置總是位于中間，故通常稱(chēng)為中間相。中間相可以是化合物，也可以是以化合物為基的固溶體。材料科學(xué)基礎(chǔ)固溶體中間相固溶體是以某一組元為溶劑，在其晶體點(diǎn)1.4.1固溶體

(1)按溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中所占位置分為：置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了溶劑點(diǎn)陣中部分溶劑原子。間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙中。(2)按溶質(zhì)原子在溶劑原子中溶解度分類(lèi)：有限固溶體：在一定條件下,溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個(gè)上限,起過(guò)這個(gè)限度就形成新相。無(wú)限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如:Cu—NiAu—AgTi—Zr····，結(jié)構(gòu)相同。(3)按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點(diǎn)分類(lèi)

無(wú)序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布,無(wú)規(guī)律性。

有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點(diǎn)陣或間隙里。(4)按基體類(lèi)型分類(lèi)：

一次固溶體：以純金屬為基形成的固溶體。

二次固溶體：以化合物為基形成的固溶體。材料科學(xué)基礎(chǔ)固溶體的最大特點(diǎn)是保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)。1.4.1固溶體(1)按溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中所占位置分為：固溶體的兩種類(lèi)型（置換和間隙）材料科學(xué)基礎(chǔ)固溶體的兩種類(lèi)型（置換和間隙）材料科學(xué)基礎(chǔ)影響置換固溶體溶解度的因素：材料科學(xué)基礎(chǔ)1、置換固溶體電負(fù)性因素原子尺寸因素晶體結(jié)構(gòu)因素原子價(jià)因素相同可形成無(wú)限固溶體，不同則只能形成有限固溶體原子半徑差小于15%，可形成溶解度較大的固溶體；原子半徑差大于15%時(shí)，半徑差越大，溶解度越低；原因：點(diǎn)陣畸變隨原子半徑差增大而增加。溶劑和溶質(zhì)之間的化學(xué)親和力越大，越容易形成化合物；電負(fù)性相近的元素間可能有較大的固溶度當(dāng)原子尺寸因素較為有利時(shí)，在某些以一價(jià)金屬為基的固溶體中，溶質(zhì)的原子價(jià)越高，其固溶度越小。影響置換固溶體溶解度的因素：材料科學(xué)基礎(chǔ)1、置換固溶體電負(fù)性置換固溶體大小溶質(zhì)原子引起的點(diǎn)陣畸變材料科學(xué)基礎(chǔ)置換固溶體大小溶質(zhì)原子引起的點(diǎn)陣畸變材料科學(xué)基礎(chǔ)間隙固溶體的的溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于0.1nm的非金屬元素（如C、N、O、、H、B）。其形成條件是△r>41%或r質(zhì)/r劑<0.59間隙固溶體只能是有限固溶體,一般溶解度較小。如：碳原子在α－Fe（最大Wt=0.0218%）和γ－Fe（最大Wt=2.11%）中形成的間隙固溶體為有限固溶體。材料科學(xué)基礎(chǔ)間隙固溶體的的溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于0.1nm的非金屬元間隙固溶體中的點(diǎn)陣畸變材料科學(xué)基礎(chǔ)間隙固溶體中的點(diǎn)陣畸變材料科學(xué)基礎(chǔ)3.固溶體的微觀不均勻性

固溶體中溶質(zhì)原子的分布并不是完全無(wú)序的。一般認(rèn)為熱力學(xué)上平衡狀態(tài)的無(wú)序固溶體溶質(zhì)原子分布在宏觀上是均勻的,在微觀上是不均勻的。在一定條件下,溶質(zhì)原子和溶劑原子在整個(gè)晶體中按一定的順序排列起來(lái),形成有序固溶體。有序固溶體中溶質(zhì)原子和溶劑原子之比是固定的,可以用化學(xué)分子式來(lái)表示,因此把有序固溶體結(jié)構(gòu)稱(chēng)為超點(diǎn)陣。例如：在Cu－Al合金中,Cu：Al原子比是1：1或3：1時(shí)從液態(tài)緩冷條件下可形成有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),用CuAl或Cu3Al來(lái)表示。材料科學(xué)基礎(chǔ)3.固溶體的微觀不均勻性固溶體中溶質(zhì)原子的分布4、固溶體的性質(zhì)

固溶體中由于含有溶質(zhì)原子會(huì)引起點(diǎn)陣常數(shù)、性能的變化。表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

(1)點(diǎn)陣常數(shù)改變置換固溶體：r質(zhì)>r劑，a增大；r質(zhì)<r劑，a減小。間隙固溶體：a始終隨溶質(zhì)原子溶入而增大。

(2)固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子溶入,使其硬度和強(qiáng)度升高。

(3)物理化學(xué)性能改變。材料科學(xué)基礎(chǔ)4、固溶體的性質(zhì)固溶體中由于含有溶質(zhì)原子會(huì)引1.4.2中間相

中間相是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種新相,它可以是化合物,也可以是以化合物為基的固溶體(二次固溶體),一般可以用化學(xué)分子式來(lái)表示,但不一定符合化合價(jià)規(guī)律。中間相中原子的結(jié)合方式為金屬鍵與其它結(jié)合鍵相混合的方式。它們都具有金屬特性。中間相分類(lèi)：正常價(jià)化合物、電子化合物、原子尺寸有關(guān)化的化合物(間隙相、間隙化合物、TCP相)、超結(jié)構(gòu)。材料科學(xué)基礎(chǔ)1.4.2中間相中間相是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一1.正常價(jià)化合物

正常價(jià)化合物是一些金屬與電負(fù)性較強(qiáng)的ⅥA、ⅤA、ⅣA族的一些元素按照化學(xué)上的原子價(jià)規(guī)律所形成的化合物。其特點(diǎn)是符合化合物規(guī)律。具有嚴(yán)格的化合比、成分固定不變，成分可用化學(xué)式表示,一般為AB型、AB2型或A2B型、A3B2型。正常價(jià)化合物的晶體結(jié)構(gòu)通常對(duì)應(yīng)于同類(lèi)分子式的離子化合物結(jié)構(gòu)。例如:A2B型Mg2PbMg2SnMg2GeMg2SiAB型MgSMnSFeS正常價(jià)化合物在常溫時(shí)有很高的硬度和脆性。在工業(yè)合金中,能起到提高材料強(qiáng)度和硬度的作用,稱(chēng)為強(qiáng)化相。如Al－Mg－Si合金中Mg2Si；但有時(shí)也是有害相,如鋼中FeS會(huì)引起鋼的脆性。材料科學(xué)基礎(chǔ)1.正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物是一些金屬與電負(fù)性較強(qiáng)的ⅥA、2.電子價(jià)化合物

電子價(jià)化合物是由ⅠB族（Cu、Au、Ag）或過(guò)渡族金屬（Fe、Co、Ni）與ⅡB、ⅢA、ⅣA族元素形成的金屬化合物。電子價(jià)化合物的特點(diǎn)是不遵循原子價(jià)規(guī)律、電子濃度是決定其晶體結(jié)構(gòu)的主要因素。電子濃度相同,相的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型相同。

電子濃度=（化合物元素價(jià)電子總數(shù)/化合物原子數(shù)）注:計(jì)算時(shí)過(guò)渡族元素時(shí)價(jià)電子數(shù)視為0。電子濃度、相、結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

C電子==7/4（即21/12）ε密排六方結(jié)構(gòu)

C電子==21/13γ復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)

C電子==3/2（即21/14）β體心立方結(jié)構(gòu)

β－Mn復(fù)雜立方或密排六方結(jié)構(gòu)

電子價(jià)化合物具有金屬特性,具有高熔點(diǎn)、高硬度但塑性低,與固溶體適當(dāng)搭配使合金得到強(qiáng)化,作為非Fe合金中重要組成相。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.電子價(jià)化合物電子價(jià)化合物是由ⅠB族（Cu、3.與原子尺寸因素有關(guān)的化合物間隙相和間隙化合物

間隙相和間隙化合物是由過(guò)渡族金屬與原子半徑很小的非金屬元素（C、H、N、B等）組成的。

rx/rm<0.59時(shí)形成簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的間隙相

rx/rm>0.59時(shí)形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物材料科學(xué)基礎(chǔ)3.與原子尺寸因素有關(guān)的化合物間隙相和間隙化合物材料科學(xué)

間隙相的晶格類(lèi)型比較簡(jiǎn)單且與組元的結(jié)構(gòu)不同。在間隙相晶格中金屬原子占據(jù)正常位置,非金屬原子占據(jù)間隙位置,有如下規(guī)律：

rx/rm<0.414時(shí)進(jìn)入四面體間隙

rx/rm>0.414時(shí)進(jìn)入八面體間隙化學(xué)式：M4XM2XMXMX2。間隙相的化學(xué)式與晶格類(lèi)型有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。間隙相具有金屬特性如有金屬光澤、良好的導(dǎo)電性、極高的硬度和熔點(diǎn),是合金工具鋼、硬質(zhì)合金和高溫金屬陶瓷材料的重要組成相。材料科學(xué)基礎(chǔ)a、間隙相間隙相的晶格類(lèi)型比較簡(jiǎn)單且與組元的結(jié)構(gòu)不同。在間隙相

間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。其表達(dá)式有如下類(lèi)型：M3C、M7C3、M23C6、M6C。間隙化合物中金屬元素M常被其它金屬元素所代替形成化合物為基的固溶體（二次固溶體）。在H、N、C、B等非金屬元素中,由于H和N的原子半徑很小,與所有過(guò)渡族金屬都滿(mǎn)足rx/rm<0.59,所以過(guò)渡族金屬的氫化物、氮化物都為間隙相；而硼原子半徑rB/rm>0.59較大,rB/rm>0.59，硼化物均為間隙化合物；而碳原子半徑處于中間,某些碳化物為間隙相,某些為間隙化合物。間隙化合物的熔點(diǎn)、硬度較高，也是強(qiáng)化相。材料科學(xué)基礎(chǔ)b間隙化合物間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。其表達(dá)式有如下類(lèi)材料科學(xué)基礎(chǔ)（2）TCP相TCP相的特點(diǎn)：TCP相的類(lèi)型：①由配位數(shù)為12、14、15、16的配位多面體堆垛而成；②呈層狀結(jié)構(gòu)。①Lavs相AB2型鎂合金、不銹鋼中出現(xiàn)。②σ相AB型或AxBx型有害相材料科學(xué)基礎(chǔ)（2）TCP相TCP相的特點(diǎn)：TCP相的類(lèi)型4.超結(jié)構(gòu)—有序固溶體材料科學(xué)基礎(chǔ)長(zhǎng)程有序的固溶體在其X射線衍射圖上會(huì)產(chǎn)生外加的衍射線條，稱(chēng)為超結(jié)構(gòu)線，所以有序固溶體通常稱(chēng)為超結(jié)構(gòu)或超點(diǎn)陣。4.超結(jié)構(gòu)—有序固溶體材料科學(xué)基礎(chǔ)長(zhǎng)程有序的固溶體在其X射線材料科學(xué)基礎(chǔ)(全套429張課件)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體缺陷2.1本章綜述2.2點(diǎn)缺陷2.2.1點(diǎn)缺陷的形成2.2.2點(diǎn)缺陷的平衡濃度2.2.3點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)2.2.4點(diǎn)缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響2.3位錯(cuò)2.3.1位錯(cuò)的基本類(lèi)型和特征2.3.2柏氏矢量2.3.3位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)2.3.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)2.3.5位錯(cuò)的生成和增殖2.3.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)2.4材料中的面缺陷2.4.1外表面2.4.2晶界和亞晶界2.4.3孿晶界2.4.4相界材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體缺陷2.1本章綜述2.3位錯(cuò)2.線缺陷面缺陷點(diǎn)缺陷材料科學(xué)基礎(chǔ)在實(shí)際晶體中，由于原子（或離子、分子）的熱運(yùn)動(dòng)，以及晶體的形成條件，冷熱加工過(guò)程和其他輻射、雜質(zhì)等因素的影響，實(shí)際晶體中原子的排列不可能那樣規(guī)則、完整，常存在各種偏離理想結(jié)構(gòu)的情況，即晶體缺陷。晶體缺陷對(duì)晶體的性能，特別是對(duì)那些結(jié)構(gòu)敏感的性能，如屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、塑性、電阻率、磁導(dǎo)率等都有很大影響。另外，晶體缺陷還與擴(kuò)散、相變、塑性變形、再結(jié)晶、氧化、燒結(jié)等都有密切關(guān)系。根據(jù)晶體缺陷的幾何特征，可將它們分為三類(lèi)：2.1本章綜述線缺陷面缺陷點(diǎn)缺陷材料科學(xué)基礎(chǔ)在實(shí)際晶體中，由于2.2點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是最簡(jiǎn)單的晶體缺陷，它是在結(jié)點(diǎn)上或鄰近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)正常排列的一種缺陷。晶體點(diǎn)缺陷包括：空位置換原子雜質(zhì)間隙原子材料科學(xué)基礎(chǔ)2.2點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是最簡(jiǎn)單的晶體缺陷，它2.2.1點(diǎn)缺陷的形成在晶體中，位于點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上的原子并非是靜止的，而是以其平衡位置為中心作熱振動(dòng)。當(dāng)溫度一定時(shí)，原子熱振動(dòng)的平均能量是一定的，但是各個(gè)原子的熱振動(dòng)能量并不相同，而且每個(gè)原子的熱振動(dòng)能量在不同的瞬間也不同，即存在能量起伏。當(dāng)某一原子的熱振動(dòng)能量高到足以克服周?chē)拥氖`時(shí)，它就可能跳離原來(lái)的位置，離開(kāi)平衡位置的原子有三個(gè)去處：(1)形成Schottky空位(2)形成Frankely缺陷(3)跑到其它空位上使空位消失或移位。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.2.1點(diǎn)缺陷的形成在晶體中，位于點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上2.2.2點(diǎn)缺陷的平衡濃度

晶體中點(diǎn)缺陷的存在一方面造成點(diǎn)陣畸變，使晶體的內(nèi)能升高，降低了晶體的熱力學(xué)穩(wěn)定性，另一方面由于增大了原子排列的混亂程度，并改變了其周?chē)拥恼駝?dòng)頻率，引起組態(tài)熵和振動(dòng)熵的改變，使晶體熵值增大，增加了晶體的熱力學(xué)穩(wěn)定性。這兩個(gè)相互矛盾的因素使得晶體中的點(diǎn)缺陷在一定的溫度下有一定的平衡濃度。這個(gè)濃度稱(chēng)為該溫度下晶體中點(diǎn)缺陷的平衡濃度。經(jīng)熱力學(xué)推導(dǎo)：材料科學(xué)基礎(chǔ)2.2.2點(diǎn)缺陷的平衡濃度晶體中點(diǎn)缺陷的存在一

在一般的晶體中間隙原子的形成能△E′v較大（約為空位形成能△Ev的3～4倍）。因此，在同一溫度下，晶體中間隙原子的平衡濃度C要比空位的平衡濃度C′低得多。因此，在通常情況下，相對(duì)于空位，間隙原子可以忽略不計(jì)；但是在高能粒子輻照后，產(chǎn)生大量的弗蘭克爾缺陷，間隙原子數(shù)就不能忽略了。對(duì)離子晶體，和純金屬相比，點(diǎn)缺陷形成能都很大，故一般離子晶體中，在平衡狀態(tài)下存在的點(diǎn)缺陷濃度是極小的。金屬種類(lèi)

Pb

Al

Mg

Au

Cu

Pt

W△Ev×10-8J0.080.120.140.150.170.240.56C9.2×10-62.8×10-81.5×10-93.6×10-102.0×10-117.8×10-165.7×10-36△Ev對(duì)C的影響材料科學(xué)基礎(chǔ)在一般的晶體中間隙原子的形成能△E′v較大（約為空位在一定溫度下，晶體中達(dá)到統(tǒng)計(jì)平衡的空位和間隙原子的數(shù)目是一定的，但是晶體中的點(diǎn)缺陷并不是固定不動(dòng)的，而是處于不斷的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中。點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)方式：(1)空位運(yùn)動(dòng)。(2)間隙原子遷移。(3)空位和間隙原子相遇，兩缺陷同時(shí)消失。(4)逸出晶體到表面，或移到晶界，點(diǎn)缺陷消失。2.2.3點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)材料科學(xué)基礎(chǔ)在一定溫度下，晶體中達(dá)到統(tǒng)計(jì)平衡的空位和間隙原子的點(diǎn)缺陷引起晶格畸變,能量升高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易發(fā)生轉(zhuǎn)變。點(diǎn)缺陷的存在會(huì)引起性能的變化：(1)物理性質(zhì)、如R、V、ρ等；(2)力學(xué)性能：采用高溫急冷(如淬火,大量的冷變形）,高能粒子輻照等方法可獲得過(guò)飽和點(diǎn)缺陷，如使σS提高；(3)影響固態(tài)相變,化學(xué)熱處理等。2.2.4點(diǎn)缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響材料科學(xué)基礎(chǔ)2.2.4點(diǎn)缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3位錯(cuò)位錯(cuò)的起源：位錯(cuò)的概念最早是在研究晶體滑移過(guò)程時(shí)提出來(lái)的。剛性相對(duì)滑動(dòng)模型：

τm=G/30純鐵：G≈100GPa純鐵的理論臨界切應(yīng)力：約3000MPa純鐵的實(shí)際屈服強(qiáng)度：10MPa

1934年Taylor、Orowan、Polanyi提出位錯(cuò)模型，滑移是通過(guò)稱(chēng)為位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的1950年代位錯(cuò)模型為試驗(yàn)所驗(yàn)證現(xiàn)在，位錯(cuò)是晶體的性能研究中最重要的概念。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3位錯(cuò)位錯(cuò)的起源：材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.1位錯(cuò)的基本類(lèi)型和特征1、刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)形成過(guò)程原子排列具體模型多余的半原子面與滑移面的交線就稱(chēng)為刃型位錯(cuò)線刃型位錯(cuò)線也可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.1位錯(cuò)的基本類(lèi)型和特征1、刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)形成過(guò)①刃型位錯(cuò)有一個(gè)額外的（多余）半原子面。正刃型位錯(cuò)用“⊥”表示，負(fù)刃型位錯(cuò)用“┬”表示；其正負(fù)只是相對(duì)而言。判斷用右手定則：食指指向位錯(cuò)線方向，中指指向柏氏矢量方向，拇指指向多余半原子面方向。②刃型位錯(cuò)可以是直線、折線或曲線。它與滑移方向、柏氏矢量垂直。③滑移面必須是同時(shí)包含有位錯(cuò)線和滑移矢量的平面。位錯(cuò)線與滑移矢量互相垂直,它們構(gòu)成平面只有一個(gè)。④晶體中存在刃位錯(cuò)后,位錯(cuò)周?chē)狞c(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變,既有正應(yīng)變,也有負(fù)應(yīng)變。點(diǎn)陣畸變相對(duì)于多余半原子面是左右對(duì)稱(chēng)的，其程度隨距位錯(cuò)線距離增大而減小。就正刃型位錯(cuò)而言,上方受壓,下方受拉。⑤在位錯(cuò)線周?chē)幕儏^(qū)每個(gè)原子具有較大的平均能量。畸變區(qū)是一個(gè)狹長(zhǎng)的管道。刃型位錯(cuò)的特征材料科學(xué)基礎(chǔ)①刃型位錯(cuò)有一個(gè)額外的（多余）半原子面。正刃型位錯(cuò)用“⊥”2、螺型位錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)2、螺型位錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)1).螺型位錯(cuò)無(wú)額外半原子面，原子錯(cuò)排是呈軸對(duì)稱(chēng)的。2).根據(jù)位錯(cuò)線附近呈螺旋形排列的原子的旋轉(zhuǎn)方向不同，螺型位錯(cuò)可分為右旋和左旋螺型位錯(cuò)。3).螺型位錯(cuò)線與滑移矢量平行，因此一定是直線，而且位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向互相垂直。4).純螺型位錯(cuò)的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位錯(cuò)線的平面都可以作為它的滑移面。但實(shí)際上，滑移通常是在那些原子密排面上進(jìn)行。5).螺型位錯(cuò)線周?chē)狞c(diǎn)陣也發(fā)生了彈性畸變，但是，只有平行于位錯(cuò)線的切應(yīng)變而無(wú)正應(yīng)變，即不會(huì)引起體積膨脹和收縮，且在垂直于位錯(cuò)線的平面投影上，看不到原子的位移，看不出有缺陷。6).螺型位錯(cuò)周?chē)狞c(diǎn)陣畸變隨離位錯(cuò)線距離的增加而急劇減少，故它也是包含幾個(gè)原子寬度的線缺陷。螺型位錯(cuò)的特征：材料科學(xué)基礎(chǔ)1).螺型位錯(cuò)無(wú)額外半原子面，原子錯(cuò)排是呈軸對(duì)稱(chēng)的。螺型位3、混合位錯(cuò)除了上面介紹的兩種基本型位錯(cuò)外，還有一種形式更為普遍的位錯(cuò)，其滑移矢量既不平行也不垂直于位錯(cuò)線，而是與位錯(cuò)線相交成任意角度，這種位錯(cuò)稱(chēng)為混合位錯(cuò)。插入混合位錯(cuò)的形成過(guò)程動(dòng)畫(huà)材料科學(xué)基礎(chǔ)3、混合位錯(cuò)除了上面介紹的兩種基本型位錯(cuò)外，還有2.3.2柏氏矢量1.柏氏矢量的確定：(1)

選定位錯(cuò)線的正方向(ξ)一般選定出紙面的方向?yàn)槲诲e(cuò)線的正向。(2)在實(shí)際晶體中作柏氏回路(3)

在完整晶體中按(2)中相同方向和步數(shù)作回路?；芈凡环忾]，由終點(diǎn)向起點(diǎn)作矢量，即為柏氏矢量。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.2柏氏矢量1.柏氏矢量的確定：材料科學(xué)基礎(chǔ)2.用柏氏矢量判斷位錯(cuò)類(lèi)型(1)

刃型位錯(cuò)ξ⊥b

右手法則:食指指向位錯(cuò)線方向，中指指向柏氏矢量方向，拇指指向代表多余半面子面位向，向上為正，向下為負(fù)。(2)

螺型位錯(cuò)ξ∥b

正向（方向相同）為右螺旋位錯(cuò)，負(fù)向（方向相反）為左螺旋位錯(cuò)。(3)

混合位錯(cuò)柏氏矢量與位錯(cuò)線方向成夾角φ材料科學(xué)基礎(chǔ)2.用柏氏矢量判斷位錯(cuò)類(lèi)型(1)

刃型位錯(cuò)ξ⊥b材料3.柏氏矢量的物理意義及特性

柏氏矢量特性:(1)

用柏氏矢量可以表示位錯(cuò)區(qū)域晶格畸變總量的大小。柏氏矢量可表示位錯(cuò)性質(zhì)和取向,即晶體滑移方向。柏氏矢量越大,位錯(cuò)周?chē)w畸變?cè)絿?yán)重。(2)

柏氏矢量具有守恒性。即一條位錯(cuò)線的柏氏矢量恒定不變。（柏氏矢量與回路起點(diǎn)及其具體途徑無(wú)關(guān)）(3)

柏氏矢量的唯一性。即一根位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量。(4)

柏氏矢量守恒定律。①位錯(cuò)分解②位錯(cuò)交于一點(diǎn)柏氏矢量的物理意義是一個(gè)反映位錯(cuò)性質(zhì)以及由位錯(cuò)引起的晶格畸變大小的物理量。材料科學(xué)基礎(chǔ)3.柏氏矢量的物理意義及特性柏氏矢量特性:柏氏矢量的物理3.柏氏矢量的特性

(5)

位錯(cuò)的連續(xù)性:可以形成位錯(cuò)環(huán)、連接于其他位錯(cuò)、終止于晶界或露頭于表面,但不能中斷于晶體內(nèi).(6)

可用柏氏矢量判斷位錯(cuò)類(lèi)型刃型位錯(cuò):ξe⊥be，右手法則判斷正負(fù)螺型位錯(cuò):ξs∥bs，二者同向右旋,反向左旋(7)柏氏矢量表示晶體滑移方向和大小.大小|b|，方向?yàn)榘厥鲜噶糠较颉?8)

刃型位錯(cuò)滑移面為ξ與柏氏矢量所構(gòu)成的平面,只有一個(gè)；螺型位錯(cuò)滑移面不定,多個(gè)。材料科學(xué)基礎(chǔ)3.柏氏矢量的特性(5)

位錯(cuò)的連續(xù)性:可以形成位錯(cuò)環(huán)、4.

柏氏矢量表示法:柏氏矢量的大小和方向可用它在晶軸上的分量，即用點(diǎn)陣矢量abc來(lái)表示。一般立方晶系中柏氏矢量可表示為：b=a/n<uvw>,其中n為正整數(shù)。通常還用︱b︱=a/n√￣￣￣￣來(lái)表示位錯(cuò)的強(qiáng)度，稱(chēng)為柏氏矢量的大小或模，即位錯(cuò)的強(qiáng)度。同一晶體中，柏氏矢量越大，表明該位錯(cuò)導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變?cè)絿?yán)重，它所處的能量也越高，能量較高的位錯(cuò)傾向于分解為兩個(gè)或多個(gè)能量較低的位錯(cuò)，以使系統(tǒng)的自由能下降。u2+v2+w2材料科學(xué)基礎(chǔ)4.

柏氏矢量表示法:柏氏矢量的大小和方向可用它在晶軸2.3.3位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式有兩種最基本形式:位錯(cuò)最重要的性質(zhì)之一是它可在晶體中運(yùn)動(dòng)，而晶體宏觀的塑性變形是通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。晶體的力學(xué)性能如強(qiáng)度、塑性和斷裂等均與位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。滑移攀移除滑移和攀移外還有交割和扭折材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.3位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式有兩種最基本形式:位錯(cuò)1.位錯(cuò)的滑移

任何類(lèi)型的位錯(cuò)均可進(jìn)行滑移.

(1)刃位錯(cuò)的滑移過(guò)程∥b、b⊥、滑移方向⊥、滑移方向∥b，單一滑移面。(2)螺型位錯(cuò)的滑移過(guò)程∥b、b∥、滑移方向⊥

、滑移方向⊥

b，非單一滑移面?？砂l(fā)生交滑移。(3)混合位錯(cuò)的滑移過(guò)程沿位錯(cuò)線各點(diǎn)的法線方向在滑移面上擴(kuò)展，滑動(dòng)方向垂直于位錯(cuò)線方向。但滑動(dòng)方向與柏氏矢量有夾角。材料科學(xué)基礎(chǔ)1.位錯(cuò)的滑移任何類(lèi)型的位錯(cuò)均可進(jìn)行滑移.材料科學(xué)基礎(chǔ)僅當(dāng)有切應(yīng)力作用在一個(gè)位錯(cuò)的滑移面上，并且平行于它的柏氏矢量時(shí)，這個(gè)位錯(cuò)才會(huì)運(yùn)動(dòng)或趨于運(yùn)動(dòng)。刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)僅當(dāng)有切應(yīng)力作用在一個(gè)位錯(cuò)的滑移面上，并且平行于它的2.位錯(cuò)的攀移

位錯(cuò)的攀移:在垂直于滑移面方向上運(yùn)動(dòng)攀移的實(shí)質(zhì):刃位錯(cuò)多余半原子面的擴(kuò)大和縮小.刃位錯(cuò)的攀移過(guò)程:正攀移,向上運(yùn)動(dòng)；負(fù)攀移,向下運(yùn)動(dòng)注意：只有刃型位錯(cuò)才能發(fā)生攀移；滑移不涉及原子擴(kuò)散，而攀移必須借助原子擴(kuò)散；外加應(yīng)力對(duì)攀移起促進(jìn)作用，壓（拉）促進(jìn)正（負(fù)）攀移；高溫影響位錯(cuò)的攀移攀移力：化學(xué)攀移力，彈性攀移驅(qū)動(dòng)力（作用在多余半原子面的正應(yīng)力）。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.位錯(cuò)的攀移位錯(cuò)的攀移:在垂直于滑移面方向上運(yùn)動(dòng)材料3.位錯(cuò)的交割①刃型位錯(cuò)的割階仍為刃型位錯(cuò),扭折為螺型位錯(cuò)。螺型位錯(cuò)的割階和扭折均為刃型位錯(cuò)。②刃型位錯(cuò)的扭折是一可動(dòng)螺位錯(cuò),割階也是一可動(dòng)的刃位錯(cuò)。螺型位錯(cuò)的扭折是可動(dòng)的刃型位錯(cuò),割階是不可動(dòng)的刃型位錯(cuò)。割階扭折曲折段垂直于位錯(cuò)的滑移面曲折段在位錯(cuò)的滑移面注意材料科學(xué)基礎(chǔ)3.位錯(cuò)的交割①刃型位錯(cuò)的割階仍為刃型位錯(cuò),扭折為螺型位錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)

結(jié)論：①運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)交割后,可以產(chǎn)生扭折或割階,其大小和方向取決與另一位錯(cuò)的柏氏矢量,其方向平行,大小為其模,但具原位錯(cuò)的柏氏矢量。如果另一位錯(cuò)的柏氏矢量與該位錯(cuò)線平行,則交割后該位錯(cuò)線不出現(xiàn)曲折。②所有割階都是刃位錯(cuò),而扭折可以是刃位錯(cuò),也可以是螺位錯(cuò)。交割后曲折段的方向取決與位錯(cuò)相對(duì)滑移過(guò)后引起晶體的相對(duì)位移情況。相對(duì)位移可通過(guò)右手定則來(lái)判斷。③扭折與原位錯(cuò)在同一滑面上,可隨主位錯(cuò)線一起運(yùn)動(dòng),幾乎不產(chǎn)生阻力,且扭折在線張力作用下易與消失。割階與原位錯(cuò)線在同一滑移面上,除攀移外割階一般不能隨主位錯(cuò)一起運(yùn)動(dòng),成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。材料科學(xué)基礎(chǔ)結(jié)論：材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)（1）內(nèi)應(yīng)力的表示法內(nèi)應(yīng)力用9個(gè)分量表示（a）直角坐標(biāo)系（xyz）3個(gè)正應(yīng)力分量(σxxσyyσzz)和6個(gè)切應(yīng)力分量(τxy=τyxτyz=τzyτxz=τzx)；下標(biāo)中第1個(gè)字母表示應(yīng)力作用面的外法線方向，第2字母表示應(yīng)力的指向。1.

位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)

采用彈性連續(xù)介質(zhì)模型；三個(gè)假說(shuō):完全彈性體由連續(xù)介質(zhì)組成各向同性材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)（1）內(nèi)應(yīng)力的表示法1.

（b）圓柱坐標(biāo)系(rθz)3個(gè)正應(yīng)力分量(σθθ、σzz、σrr)和六個(gè)切應(yīng)力分量(τzr=τrz、τrθ=τθr、τzθ=τθz)

注：(1)單元六面體中各面上的切應(yīng)力都是成雙出現(xiàn)的,表示力的方向時(shí)規(guī)定以作用在體積元的上、前、右面上的力為判斷標(biāo)準(zhǔn)。(2)圓柱θ以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?3)

二者換算：x=rcosθy=rsinθ、z=z材料科學(xué)基礎(chǔ)（b）圓柱坐標(biāo)系(rθz)材料科學(xué)基礎(chǔ)（2）螺型位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)

螺位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)為純的切應(yīng)力場(chǎng)，大小與螺位錯(cuò)柏氏矢量成正比,與r成反比。只有一個(gè)切應(yīng)變。所以

τzθ=τθz=Gb/2лrσrr=σθθ=σzz=τθr=τrθ=τrz=τzr=0

也可用直角坐標(biāo)系表示，但需要注意上式和3.10式為右螺旋位錯(cuò)周?chē)膽?yīng)力場(chǎng)；如果是左螺旋位錯(cuò)，則符號(hào)相反。螺位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)特點(diǎn)：①只有切應(yīng)力分量,沒(méi)有正應(yīng)力分量。②應(yīng)力場(chǎng)是呈軸對(duì)稱(chēng)分布大。即在同一半徑上,無(wú)論值大小,切應(yīng)力值都相等。③上式不適用于位錯(cuò)中心的嚴(yán)重畸變區(qū)。材料科學(xué)基礎(chǔ)（2）螺型位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)螺位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)為純的切應(yīng)力場(chǎng)，大σzz=ν（σxx+σyy）

τxz=τzx=τyz=τzy=0

（3）刃型位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)材料科學(xué)基礎(chǔ)σzz=ν（σxx+σyy）τxz=τzx=τy①正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量同時(shí)存在。②各應(yīng)力分量都是x、y的函數(shù),而與z無(wú)關(guān)。③應(yīng)力場(chǎng)以多余半原子面對(duì)稱(chēng)。④y=0時(shí),σ=0只有切應(yīng)力而無(wú)正應(yīng)力,切應(yīng)力最大值Gb/[2л(1-υ)x]⑤y>0時(shí),σxx<0；y<0時(shí),σyy>0。說(shuō)時(shí)正刃位錯(cuò)滑移面上部受壓,下部分受拉。⑥應(yīng)力場(chǎng)中任意一點(diǎn)位置,|σxx|>|σyy|⑦x=±y時(shí)及y軸上σyy=0，τxy=0,說(shuō)明在直角坐標(biāo)系中的對(duì)角線處只有σxx,而且在每條對(duì)角線的兩側(cè),τxy及σyy

的符號(hào)相反。⑧

上述公式不能適用于刃位錯(cuò)的中心區(qū)。刃位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)特點(diǎn)：材料科學(xué)基礎(chǔ)①正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量同時(shí)存在。刃位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)特點(diǎn)：材料科2位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)周?chē)c(diǎn)陣畸變引起彈性應(yīng)力場(chǎng)導(dǎo)致的晶體能量的增加——位錯(cuò)的能量。位錯(cuò)的能量位錯(cuò)中心畸變能(大約為總應(yīng)變能的1/10-1/15)位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)引起的彈性應(yīng)變能(主要

)單位長(zhǎng)度刃型位錯(cuò)的應(yīng)變能:

單位長(zhǎng)度螺型位錯(cuò)的應(yīng)變能:

簡(jiǎn)化的單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的總應(yīng)變能：E=αGb2

α約為0.5-1

材料科學(xué)基礎(chǔ)2位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)的能量位錯(cuò)中心畸變能(大約為總應(yīng)變能的1基本結(jié)論:1)位錯(cuò)的應(yīng)變能與b2成正比，大位錯(cuò)可能分解為小位錯(cuò)，以降低系統(tǒng)能量；2)Ees/Eee=1-ν，故螺位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能約為刃位錯(cuò)的2/3；3)位錯(cuò)的能量是以單位長(zhǎng)度的能量來(lái)定義的，從系統(tǒng)能量的角度，位錯(cuò)線有盡量變直和縮短其長(zhǎng)度的趨勢(shì)；4)位錯(cuò)的存在使晶體處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)。

材料科學(xué)基礎(chǔ)基本結(jié)論:材料科學(xué)基礎(chǔ)3.位錯(cuò)的線張力

線張力可以理解為使位錯(cuò)增加單位長(zhǎng)度所需的能量，故：T=kGb2，k約為0.5-1若位錯(cuò)長(zhǎng)度為ds，單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線所受的力為τb則：τb?ds=2Tsin（dθ/2）由于ds=rdθ，當(dāng)dθ很小時(shí)，sin（dθ/2）≈（dθ/2）τb=T/r≈Gb2/2r兩端固定的位錯(cuò)在切應(yīng)力τ作用下與位錯(cuò)線彎曲度r的關(guān)系

τ=Gb/2r材料科學(xué)基礎(chǔ)3.位錯(cuò)的線張力材料科學(xué)基礎(chǔ)4.作用于位錯(cuò)上的力

利用虛功原理,可求出Fd=τbFd為作用在單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線上的力,其方向與位錯(cuò)垂直并指向滑移面未滑移部分。注意：(1)Fd是一個(gè)假想力(2)Fd被看成是引起位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的原因。Fd必然與位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向一致，永遠(yuǎn)垂直于位錯(cuò)線。(3）引起位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的外切應(yīng)力τ必須作用在滑移面上。在純?nèi)形诲e(cuò)中τ∥Fd，螺位錯(cuò)中τ⊥Fd

上述為滑移力情況引起位錯(cuò)攀移的力：dy=－σb材料科學(xué)基礎(chǔ)4.作用于位錯(cuò)上的力利用虛功原理,可求出Fd=位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的交互作用位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的交互作用5.位錯(cuò)間的交互作用力(1)兩平行螺位錯(cuò)間的交互作用(3)相互平行的刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)間不發(fā)生交互作用,即交互作用力為0。(2)兩平行刃位錯(cuò)間交互作用材料科學(xué)基礎(chǔ)5.位錯(cuò)間的交互作用力(1)兩平行螺位錯(cuò)間的交互作用(3兩平行螺位錯(cuò)的交互作用力兩平行螺型位錯(cuò)間的作用力，其大小與兩位錯(cuò)強(qiáng)度的乘積成正比，而與兩位錯(cuò)間距成反比，其方向則沿徑向r垂直于所作用的位錯(cuò)線，當(dāng)bl與b2同向時(shí)，fr＞0，即兩同號(hào)平行螺型位錯(cuò)相互排斥；而當(dāng)bl與b2反向時(shí)，fr＜0，即兩異號(hào)平行螺型位錯(cuò)相互吸引。材料科學(xué)基礎(chǔ)兩平行螺位錯(cuò)的交互作用力兩平行螺型位錯(cuò)兩刃型位錯(cuò)在x軸方向的交互作用材料科學(xué)基礎(chǔ)兩刃型位錯(cuò)在x軸方向的交互作用材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.5位錯(cuò)的生成和增殖

1.位錯(cuò)的密度表達(dá)式：ρ=l/v或ρ=n/A

單位:1/㎡2.位錯(cuò)的生成晶體中位錯(cuò)來(lái)源：(1)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生。(2)晶體中過(guò)飽和空位的聚集。(3)應(yīng)力集中，產(chǎn)生局部區(qū)域滑移產(chǎn)生位錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.5位錯(cuò)的生成和增殖1.位錯(cuò)的密度材料科學(xué)基礎(chǔ)3.位錯(cuò)的增殖：為使F—R源動(dòng)作，外應(yīng)力需克服位錯(cuò)線彎曲時(shí)線張力所引起的阻力，計(jì)算可知其臨界切應(yīng)力為：材料科學(xué)基礎(chǔ)3.位錯(cuò)的增殖：為使F—R源動(dòng)作，外應(yīng)力需克服位錯(cuò)線彎曲4.位錯(cuò)的塞積晶體塑性變形時(shí)往往發(fā)生這樣的情況，即在一個(gè)滑移面上有許多位錯(cuò)被迫堆積在某種障礙物前，形成位錯(cuò)群的塞積。這些位錯(cuò)來(lái)自于同一位錯(cuò)源，所以具有相同的柏氏矢量。從理論上分析位錯(cuò)塞積群的分布，發(fā)現(xiàn)塞積群在垂直于位錯(cuò)線方向的長(zhǎng)度，對(duì)于刃型位錯(cuò)為Nμb/πτ(1-υ),對(duì)于螺型位錯(cuò)為Nμb/πτ，其中N為塞積群的位錯(cuò)總數(shù)，τ為外加切應(yīng)力（實(shí)際上應(yīng)為減掉晶格阻力之后的有效切應(yīng)力）?？梢?jiàn)塞積群的長(zhǎng)度正比于N，反比于τ。位錯(cuò)塞積群的一個(gè)重要效應(yīng)是在它的前端引起應(yīng)力集中。當(dāng)有n個(gè)位錯(cuò)被外加切應(yīng)力τ推向障礙物時(shí)，在塞積群的前端將產(chǎn)生n倍于外力的應(yīng)力集中。材料科學(xué)基礎(chǔ)4.位錯(cuò)的塞積晶體塑性變形時(shí)往往發(fā)生這樣的情況，即在一個(gè)2.3.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)1.實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量不是任意的，必須符合晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件結(jié)構(gòu)條件：柏氏矢量大小與方向，必須連接一個(gè)原子平衡位置到另一個(gè)原子平衡位置能量條件：位錯(cuò)能量E∝b2,柏氏矢量越小越穩(wěn)定基本概念：?jiǎn)挝晃诲e(cuò)(

dislocation):

全位錯(cuò)(perfectdislocation):

不全位錯(cuò)(部分位錯(cuò)partialdislocation)材料科學(xué)基礎(chǔ)2.3.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)1.實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量正常堆垛順序fcc：ABCABC······hcp：ABABAB······堆垛層錯(cuò)（stackingfault）：上述正常堆垛順序遭到破壞或錯(cuò)排，有兩類(lèi)：

堆垛層錯(cuò)能：為產(chǎn)生單位面積層錯(cuò)所需的能量。

2.

堆垛層錯(cuò)抽出型層錯(cuò)插入型層錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)2.

堆垛層錯(cuò)抽出型層錯(cuò)插入型層錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)

3．不全位錯(cuò)――完整晶體和層錯(cuò)的邊界●Shockley不全位錯(cuò)：b=a/6<112>特點(diǎn)：1）滑移型層錯(cuò)的邊界

2）只能滑移，刃型不能攀移，螺型不能交滑移材料科學(xué)基礎(chǔ)3．不全位錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)●Frank不全位錯(cuò)b=a/3<111>

特點(diǎn)：1）插入型或抽出型層錯(cuò)與完整晶體的邊界

2）只能攀移不能滑移材料科學(xué)基礎(chǔ)●Frank不全位錯(cuò)b=a/3<111>

位錯(cuò)線之間可以合并或分解，但需滿(mǎn)足以下條件：幾何條件：能量條件：

4位錯(cuò)反應(yīng)能量條件幾何條件反應(yīng)前后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和相等b→b1+b2；反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量小于反應(yīng)前位錯(cuò)的總能量b2>b12+b22材料科學(xué)基礎(chǔ)位錯(cuò)線之間可以合并或分解，但需滿(mǎn)足以下條件：幾何條件：能量條(1)Thompson四面體利用Thompson四面體可確定fcc結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)反應(yīng)。(2)擴(kuò)展位錯(cuò)：

兩個(gè)不全位錯(cuò)加上中間一片堆垛層錯(cuò)區(qū)的組態(tài)。fcc中的擴(kuò)展位錯(cuò)為兩個(gè)Shockley不全位錯(cuò)加上中間的堆垛層錯(cuò)

擴(kuò)展位錯(cuò)的束集：外力作用下收縮為原來(lái)全位錯(cuò)的過(guò)程。擴(kuò)展位錯(cuò)的交滑移：擴(kuò)展位錯(cuò)（原滑移面）→束集→全螺位錯(cuò)→轉(zhuǎn)移分解→擴(kuò)展位錯(cuò)（另一滑移面）5.fcc晶體中的位錯(cuò)材料科學(xué)基礎(chǔ)(1)Thompson四面體5.fcc晶體中的位錯(cuò)材料科(3)位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)：實(shí)際晶體中存在幾個(gè)b位錯(cuò)時(shí)會(huì)組成二維或三維的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)(4)面角位錯(cuò)：兩全位錯(cuò)，在外力作用下滑移后：[1]在兩個(gè)面交線發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行洛瑪反應(yīng)[2]在各自面分解

形成擴(kuò)展位錯(cuò)[3]兩擴(kuò)展位錯(cuò)移動(dòng)反應(yīng)形成壓桿位錯(cuò)。

結(jié)果在兩個(gè){111}面之間的面角上,形成由三個(gè)不全位錯(cuò)和兩個(gè)層錯(cuò)所構(gòu)成的組態(tài),稱(chēng)為L(zhǎng)omer—Cottrel位錯(cuò)，又稱(chēng)面角位錯(cuò)。材料科學(xué)基礎(chǔ)(3)位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)：實(shí)際晶體中存在幾個(gè)b位錯(cuò)時(shí)會(huì)組成二維或三維的2.4材料中面缺陷

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，界面包括外表面（自由表面）和內(nèi)界面。表面是指固體材料與氣體或液體的分界面，它與摩擦、磨損、氧化、腐蝕、偏析、催化、吸附現(xiàn)象，以及光學(xué)、微電子學(xué)等均密切相關(guān)；而內(nèi)界面可分為晶粒邊界和晶內(nèi)的亞晶界、孿晶界、層錯(cuò)及相界面等。

界面通常包含幾個(gè)原子層厚的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的原子排列甚至化學(xué)成分往往不同于晶體內(nèi)部，又因它系二維結(jié)構(gòu)分布，故也稱(chēng)為晶體的面缺陷。界面的存在對(duì)晶體的力學(xué)、物理和化學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.4材料中面缺陷嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，界面包括外表面

2.4.1外表面

在晶體表面上，原子排列情況與晶內(nèi)不同,表面原子會(huì)偏離其正常的平衡位置，并影響到鄰近的幾層原子，造成表層的點(diǎn)陣畸變，使它們的能量比內(nèi)部原子高，這幾層高能量的原子層稱(chēng)為表面。晶體表面單位面積自由能的增加稱(chēng)為表面能（J/m2）。表面能也可理解為產(chǎn)生單位面積新表面所作的功：

式中dW為產(chǎn)生dS表面所作的功。表面能也可以單位長(zhǎng)度上的表面張力(N/m)表示。

表面能與晶體表面原子排列致密程度有關(guān)，原子密排的表面具有最小的表面能。所以自由晶體暴露在外的表面通常是低表面能的原子密排晶面。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.4.1外表面在晶體表面上，原子排列情況與2.4.2晶界和亞晶界

晶界亞晶界確定晶界位置用：(1)兩晶粒的位向差θ(2)晶界相對(duì)于一個(gè)點(diǎn)陣某一平面的夾角φ。

按θ的大小分類(lèi)：小角度晶界θ<10o

大角度晶界θ>10o材料科學(xué)基礎(chǔ)2.4.2晶界和亞晶界晶界材料科學(xué)基礎(chǔ)1.小角度晶界

小角度晶界：由一系列相隔一定距離的刃型位錯(cuò)所組成。分類(lèi)：(1)對(duì)稱(chēng)傾斜界面：晶界平面為兩個(gè)相鄰晶粒的對(duì)稱(chēng)面。是由一列平行的刃型位錯(cuò)所組成。相鄰位錯(cuò)距離D與b、θ之間關(guān)系：3.39式(2)不對(duì)稱(chēng)傾斜界面：兩晶粒不以二者晶界為對(duì)稱(chēng)的晶界看成兩組互相垂直的刃型位錯(cuò)排列而成的。兩位錯(cuò)各自的間距為D⊥和D├，則有3.40式。(3)扭轉(zhuǎn)晶界：將一塊晶體沿橫斷面切開(kāi),并使上下部分晶體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)θ角,再與下部分驚天動(dòng)晶體粘在一起形成。可看成是由互相交叉的螺位錯(cuò)所組成。材料科學(xué)基礎(chǔ)1.小角度晶界小角度晶界：由一系列相隔一定距離

對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界材料科學(xué)基礎(chǔ)對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界材料科學(xué)基礎(chǔ)2.大角度晶界

大角度晶界為原子呈不規(guī)則排列的一過(guò)渡層。大多數(shù)晶粒之間的晶界都屬于大角度晶界。重合位置點(diǎn)陣模型：該模型說(shuō)明，在大角度晶界結(jié)構(gòu)中將存在一定數(shù)量重合點(diǎn)陣原子。材料科學(xué)基礎(chǔ)2.大角度晶界大角度晶界為原子呈不規(guī)則排列的一過(guò)渡層3.晶界能

晶界能：形成單位面時(shí)，系統(tǒng)的自由能變化。J/㎡。小角度晶界能量與θ有關(guān)：γ=γ0θ(A－lnθ)，式中γ0=Gb/4п(1－ν)大角度晶界能量與θ無(wú)關(guān)，基本上為一恒定值,0.25—1.0J/㎡在平衡狀態(tài)時(shí)，三叉晶界的各面角均趨與穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)φ1=φ2=φ3=120o。材料科學(xué)基礎(chǔ)3.晶界能晶界能：形成單位面時(shí)，系統(tǒng)的自由能變化。J/㎡4.晶界特征

（1）晶界處點(diǎn)畸變大，存在晶界能。（2）常溫下晶界的存在會(huì)對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起阻礙運(yùn)動(dòng)，使塑型變形抗力提高，使晶體（材料）的硬度和強(qiáng)度提高。（3）晶界處原子具有較高的動(dòng)能，且晶界處存在大量缺陷。原子在晶界處擴(kuò)散比晶內(nèi)快得多。（4）固態(tài)相變時(shí)易在晶界處形成新核。（5）晶界上富集雜質(zhì)原子多，熔點(diǎn)低，加熱時(shí)容易過(guò)燒。（6）晶界腐蝕速度比晶內(nèi)快。（7）晶界具有不同與晶內(nèi)的物理性質(zhì)。亞晶界屬與小角度晶界，為各種亞結(jié)構(gòu)的交界，大小和尺寸與熱加工條件有關(guān)。材料科學(xué)基礎(chǔ)4.晶界特征（1）晶界處點(diǎn)畸變大，存在晶界能。材料科學(xué)基2.4.3孿晶界

孿晶的定義：孿晶分類(lèi)：①共格孿晶面：②非共格孿晶面：

孿晶的形成常常與晶體中的堆垛層錯(cuò)有密切關(guān)系，γ高不易形成孿晶。

fcc結(jié)構(gòu)孿晶面為{111}

bcc結(jié)構(gòu)孿晶面為{112}。依照形成原因不同分為：變形孿晶、生長(zhǎng)孿晶、退火孿晶材料科學(xué)基礎(chǔ)2.4.3孿晶界孿晶的定義：材料科學(xué)基礎(chǔ)2.4.4相界

相界：按相界面上原子間匹配程度分為：共格界面、半共格界面、非共格界面1.共格界面